Pemrograman Mikro

Ø  Pemrograman mikro

Pemrograman mikro adalah proses penerjemahan dan eksekusi dari setiap instruksi prosesor menjadi urutan instruksi yang lebih kecil mikro. Ini untuk mengatakan bahwa mikro-program adalah proses penulisan kode mikro untuk prosesor-mikro. Ini mendefinisikan fungsi prosesor-mikro sambil mengeksekusi instruksi mesin-bahasa.

Juga dikenal sebagai mikro-coding, konsep pemrograman mikro pertama kali dikembangkan pada tahun 1951 oleh Maurice Wilkes. Ini adalah teknik yang digunakan dalam menerapkan sebuah Unit Kontrol. Micro-kode atau mikro-program dikembangkan sebagai instruksi set CPU. Dengan demikian, insinyur desain CPU menulis mikro-program untuk mengimplementasikan set instruksi mesin. Dalam proses pengembangan produk perangkat lunak, ini-kode mikro dapat ditulis atau diubah beberapa kali bahkan selama tahap desain nanti. fleksibilitas seperti di affords mikro-program besar kebebasan untuk merancang insinyur untuk mengubah dan / atau datang dengan set instruksi yang lebih kompleks dan dengan demikian sebagian besar memfasilitasi desain CPU fleksibel. Pada beberapa komputer, mikro-kode yang disimpan dalam ROM dan karenanya tidak dapat dimodifikasi. Tapi di komputer yang lebih besar, mereka disimpan dalam EPROM dan, dengan demikian, dapat digantikan dengan versi segar atau yang lebih baru. Konsep pemrograman mikro juga digunakan dalam pengembangan perangkat lunak online.

perkembangan pesat dalam teknologi komputer dalam beberapa tahun terakhir telah membuat konsep pemrograman mikro tampak agak berlebihan. Program menjadi lebih kompleks dan ini memiliki dampak langsung pada kinerja perangkat lunak dan pembangunan. Interpreter dan compiler telah membuat kode tingkat rendah dari perintah tingkat tinggi. Kemajuan tersebut telah digantikan keunggulan microprogramming. Ada telah skema desain CPU yang tidak menggunakan pemrograman mikro seperti TTA Prosesor, Superscaler Prosesor, Prosesor RISC, dan Prosesor RISC.

Pemrograman mikro menawarkan suatu pendekatan yang lebih terstruktur untuk merancang unit kendali logika (CLU) dibandingkan dengan kendali hard-wired. Rancangan pemrograman mikro relatif mudah diubah-ubah dan dibetulkan,menawarkan kemampuan diagnostik yang lebih baik dan lebih dapat diandalkan daripada rancangan hard-wired. Karena waktu akses memori kendali ROM menentukan kecepatan operasi CLU maka kendali microprogrammed mungkin menghasilkan CLU yang lebih lambat dibandingkan dengan kendali hard-wired.Alasannya adalah bahwa waktu yang diperlukan untuk menjalankan suatu instruksi-mikro juga harus mencakup waktu akses ROM. Sebaliknya, suatu keterlambatan dalam CLU hard-wired hanya mungkin disebabkan oleh keterlambatan waktu penyebaran melalui perangkat keras, yang relatif sangat kecil. Bagaimanapun juga, ilmu ekonomi kelihatannya lebih menyukai kendali hard-wired hanya jika sistem itu tidak terlalu kompleks dan hanya memerlukan beberapa operasi kendali.

Ø  Konsep Pipeline/Pipelining

Dalam komputer, pipeline adalah satu set dari elemen pemrosesan data dihubungkan secara seri, sehingga hasil keluaran dari satu elemen adalah masukkan bagi elemen berikutnya. Elemen - elemen dari sebuah pipeline sering dijalankan secara paralel.
Contoh pipeline dalam komputer adalah:

• pipeline instruksi. Biasanya digunakan di unit pemroses sentral agar istruksi - instruksi dapat dijalankan dalam satu waktu dalam satu sirkuit digital. Biasanya sirkuitnya dibagi dalam beberapa tahap, termasuk decode instruksi, aritmatika dan tahap - tahap penjemputan data dari register, dimana setiap tahap melakukan satu instruksi dalam satu waktu.
• pipeline grafis, sering ditemukan dalam sebagian besar unit pemrosesan grafis, yang terdiri dari berbagai unit aritmatik atau unit pemroses sentral lengkap, yang menerapkan berbagai macam tahap dari operasi render yang umum (seperti proyeksi perspektif, kalkulasi warna dan pencahayaan, primitif gambar, dan sebagainya).
• pipeline perangkat lunak. Dimana keluaran dari suatu program langsung dipakai oleh program lain sebagai masukkan sehingga dapat langsung diproses.

Konsep

Pipeline adalah konsep alami di kehidupan sehari-hari. Umpamakan sebuah perakitan mobil, asumsikan beberapa langkah di jalur perakitan adalah untuk memasang mesin, memasang kap, dan memasang roda (dalam urutan tersebut, dengan berbagai macam kemungkinan langkah - langkah lain di antara langkah - langkah tersebut). Sebuah mobil di jalur perakitan hanya satu dari tiga langkah diatas dapat selesai dalam suatu waktu. Setelah sebuah mobil telah terpasang mesinnya, mobil tersebut pindah ke pemasangan kap, dan mobil kedua sedang dalam tahap pemasangan mesin. Setelah mobil pertama selesai memasang kap, mobil kedua dalam tahap pemasangan kap, mobil pertama dalam tahap pemasangan roda, dan mobil ketiga yang baru masuk dalam tahap pemasangan mesin. Dan begitu seterusnya. Jika seumpama pemasangan mesin butuh 20 menit, pemasangan kap butuh 5 menit dan pemasangan roda butuh 10 menit, maka menyelesaikan ketiga mobil tersebut jika satu mobil dirakit dalam satu waktu akan membutuhkan waktu 105 menit. Sedangkan jika menggunakan jalur perakitan seperti yang disebutkan diatas, waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan ketiganya hanya 75 menit.

Ø  Pemrosesan paralel

Pemrosesan paralel (parallel processing) adalah penggunakan lebih dari satu CPU untuk menjalankan sebuah program secara simultan. Idealnya, parallel processing membuat program berjalan lebih cepat karena semakin banyak CPU yang digunakan. Tetapi dalam praktek, seringkali sulit membagi program sehingga dapat dieksekusi oleh CPU yang berbea-beda tanpa berkaitan di antaranya.

Komputasi paralel adalah salah satu teknik melakukan komputasi secara bersamaan dengan memanfaatkan beberapa komputer secara bersamaan. Biasanyadiperlukan saat kapasitas yang diperlukan sangat besar, baik karena harus mengolah data dalam jumlah besar ataupun karena tuntutan proses komputasi yang banyak. Untuk melakukan aneka jenis komputasi paralel ini diperlukan infrastruktur mesin paralel yang terdiri dari banyak komputer yang dihubungkan dengan jaringan dan mampu bekerja secara paralel untuk menyelesaikan satu masalah. Untuk itu diperlukan aneka perangkat lunak pendukung yang biasa disebut sebagai middleware yang berperan untuk mengatur distribusi pekerjaan antar node dalam satu mesin paralel. Selanjutnya pemakai harus membuat pemrograman paralel untuk merealisasikan komputasi.

Pemrograman paralel adalah teknik pemrograman komputer yang memungkinkan eksekusi perintah/operasi secara bersamaan baik dalam komputer dengan satu (prosesor tunggal) ataupun banyak (prosesor ganda dengan mesin paralel) CPU. Tujuan utama dari pemrograman paralel adalah untuk meningkatkan performa komputasi. Semakin banyak hal yang bisa dilakukan secara bersamaan (dalam waktu yang sama), semakin banyak pekerjaan yang bisa diselesaikan.
Komputasi paralel membutuhkan:
• algoritma
• bahasa pemrograman
• compiler
Sebagian besar komputer hanya mempunyai satu CPU, namun ada yang mempunyai lebih dari satu. Bahkan juga ada komputer dengan ribuan CPU. Komputer dengan satu CPU dapat melakukan parallel processing dengan menghubungkannya dengan komputer lain pada jaringan. Namun, parallel processing ini memerlukan software canggih yang disebut distributed processing software. Parallel processing berbeda dengan multitasking, yaitu satu CPU mengeksekusi beberapa program sekaligus. Parallel processing disebut juga parallel computing.

Ø  Klasifikasi arsitektur Komputer Parallel
Sesuai taksonomi Flynn, seorang Designer Processor, Organisasi Prosesor dibagi menjadi 4 :
A. SISD (Single Instruction Single Data Stream)
Arus Instruksi Tunggal dan Data Tunggal
B. SIMD (Single Instruction Multiple Data Stream)
Arus Instruksi Tunggal dan Multiple Data
C. MISD (Multiple Instruction Single Data Stream)
Arus Multiple Instruksi dan Data Tunggal
D. MIMD (Multiple Instruction Multiple Data Stream)
Arus Multiple Instruksi dan Multiple Data



1. Organisasi Prosesor SISD
• Prosesor tunggal
• Aliran instruksi tunggal
• Data disimpan dalam memori tunggal
• Uni-processor



Keterangan:
CU : Control Unit
IS : Instruction Stream (Arus Instruksi)
PU : Processing Unit (Unit Pengolah yang biasa disebut ALU)
DS : Data Stream (Arus Data)
MU : Memory Unit (Unit Memori)
2. Single Instruction, Multiple Data Stream – SIMD
• Single machine instruction
• Mengontrol eksekusi secara simultan
• sejumlah elemen-elemen pengolahan
• Berdasarkan Lock-step
• Setiap pengolahan elemen memiliki hubungan dengan memori data
• Setiap instruksi dieksekusi pada kumpulan data yang berbeda oleh prosesor yang berbeda
• Prosesor Vector and array
3. Multiple Instruction, Single Data Stream – MISD
• Rangkaian dari data
• Dikirimkan ke kumpulan prosesor
• Setiap prosesor mengeksekusi urutan instruksi yang berbeda
• Belum pernah diimplementasikan (komesial)
4. Multiple Instruction, Multiple Data Stream- MIMD
• Kumpulan/sejumlah prosesor
• Mengeksekusi secara simultan urutan instruksi yang berbeda
• Kumpulan data yang berbeda
• SMP, Cluster and sistem NUMA

Sumber :

http://www.infosum.net/id/programming/micro-programming-the-art-of-cpu-design.html

http://id.wikipedia.org/wiki/Pipeline

http://eduedu93.blogspot.com/2013/03/pemrosesan-paralel.html